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云南大学郭洪团队Research:单离子共价有机框架在无枝晶准固态锂金属电池中的应用

时间：2022-10-11 来源：浏览：

云南大学郭洪团队Research:单离子共价有机框架在无枝晶准固态锂金属电池中的应用

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固态锂金属电池由于具有较好的安全性和高理论容量而受到广泛关注，但也会面临枝晶生长等挑战。设计和开发单离子导体固态电解质可以有效减弱由不同离子引起的浓差极化，从而有效地抑制枝晶生长，对提高循环稳定性具有重要的意义。共价有机框架（COFs）材料是一类比较具有应用前景的单离子固态电解质的载体，在固态电池中受到了广泛的关注。因此，深入研究基于共价有机框架单离子导体固态电解质对抑制枝晶的生长至关重要。

【工作简介】

近日，云南大学郭洪教授团队设计并制备出磺酸锂调控的COF单锂离子导体材料 LiO ₃ S-COF 。作者深入研究活性位点数量对锂离子电导率，迁移数的影响，采用DFT计算深入分析锂离子迁移路径和能垒的差异。最后组装以锂金属为负极，有机小分子蒽醌为正极，单离子导体为固态电解质的准固态电池。性能测试和理论计算结果表明单离子导体可以有效抑制锂枝晶生长，解决有机小分子正极材料在电解液中的溶解难题。该工作以“Understanding a Single-Li-Ion COF Conductor for Being Dendrite Free in a Li-Organic Battery”为题目发表在Science合作期刊《Research》上。云南大学博士后孙勇疆为第一作者，郭洪教授为本文通讯作者。

【内容简述】

图1. 磺酸锂修饰的单离子导体LiO ₃ S-COF的合成过程及结构示意图

图2. 单离子导体LiO ₃ S-COF的PXRD，固体核磁碳谱及BET表征

图3. LiO ₃ S-COF的形貌表征

图4. 单离子导体及固态电池性能研究

图5. 单离子导体对抑制锂枝晶生长能力的研究

图6. DFT研究LiO ₃ S-COF中锂离子迁移机制

【结论】

作者将磺酸锂以共价的方式修饰到COF上并深入研究锂离子传输性能，得出如下的结论：（1）COF结构上的羰基会削弱锂盐中阴阳离子之间的静电相互作用，有利于锂离子解离；（2）大量的锂盐官能团有利于锂离子电导率的提高；（3）单离子导体的准固态锂金属电池能有效解决有机小分子正极材料在电解液中的溶解并抑制锂枝晶的生长。本工作希望为构筑高效的COF基单离子导体固态电解质的发展提供新思路。

Yongjiang Sun, Genfu Zhao, Yao Fu, Yongxin Yang, Conghui Zhang, Qi An, and Hong Guo*, Understanding a Single-Li-Ion COF Conductor for Being Dendrite Free in a Li-Organic Battery, Research , 2022.

https://doi.org/10.34133/2022/9798582

作者简介

郭洪教授云南大学，教授，博导，国际科学组织Vebleo协会Fellow，全球学者库 “全球顶尖科学家”，云南省学术带头人，云南大学东陆学者，中国硅酸盐学会固态离子学分会理事（CSSI），国际能源与电化学科学研究院(IAOEES)理事,国际电化学会（ISE）会员，国家科技专家库在库专家。主持完成国家自然科学基金面上项目、973计划课题项目、云南省重点、教育部重点项目等20余项省部级及以上课题。主要从事电化学储能及环境催化研究。以第一作者及通讯作者在Adv. Mater., ACS Energy Lett., Energy Storage Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy., Appl. Catal. B-Environ.等学术期刊发表论文100余篇，引用超过6000次，申请及授权30余项中国发明专利。

课题组常年招收二次电池关键技术及光、电催化方向师资（科研）博士后及优秀青年学者，联系邮箱：guohong@ynu.edu.cn 。

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2022-10-10